脱水素、抗寒性以及环境温度之间的关系：以一种抗寒品种与一种不耐寒的酿酒葡萄（Vitis vinifera L.）品种进行对比

《Canadian Journal of Plant Science》：The relationships between dehydrins, cold hardiness, and the ambient temperature: comparing a cold hardy to a cold tender Vitis vinifera L. cultivar

葡萄冷硬性与脱水蛋白相关性研究。采用免疫印迹和差示热分析，比较了Riesling（较耐寒）与Sauvignon blanc（较敏感）的脱水蛋白 bands（23、26、35、41、48、90 kDa）与冷硬性（LT50）的关系。结果显示，35、41、48、90 kDa bands与LT50显著相关（R2=0.03-0.12），且环境温度对冷硬性的影响（R2=0.23-0.63）远大于脱水蛋白自身变化。克隆和砧木差异仅在41 kDa bands中显著。结论表明脱水蛋白通过间接机制参与冷适应调控。

　　本研究聚焦于葡萄品种对寒冷胁迫的适应性反应，重点分析了不同基因型葡萄在寒冷硬iness（冷硬性）方面的表现及其与脱水蛋白（dehydrins）含量之间的关系。研究的背景是葡萄种植在加拿大经济中占据重要地位，但寒冷仍然是影响葡萄种植的关键因素，特别是在气候较冷的地区。因此，了解葡萄的冷硬性机制对于提高其在寒冷环境下的存活率和产量具有重要意义。本研究采用Riesling这一相对较冷硬的葡萄品种，与之前研究中较为敏感的Sauvignon blanc进行对比，探讨脱水蛋白在冷硬性中的作用，以及环境温度如何影响这些蛋白的积累与冷硬性之间的关系。

### 冷硬性与脱水蛋白的关系

冷硬性是葡萄植物对低温环境的一种适应性反应，它涉及到一系列复杂的生理和分子机制。脱水蛋白是一类在非生物胁迫条件下被上调的蛋白质，包括干旱、盐害和低温等。它们具有高度的亲水性，并且属于晚期胚胎发育丰富蛋白（LEA蛋白）家族中的D-11亚型。脱水蛋白含有K-segment共识序列，这是其在植物界中高度保守的重要特征。此外，脱水蛋白还包含S-segment（富含丝氨酸的区域）和Y-segment（通常位于N末端，含有DEYGNP基序）等其他共识序列。这些蛋白在葡萄品种中被广泛检测到，且通过免疫印迹方法可识别出多个不同分子量的蛋白带，例如26、35、41、48和90 kDa等。然而，脱水蛋白的分子量预测存在一定的不确定性，这主要是由于它们的高无序性以及多种后翻译修饰，这些特性使得它们在聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）中的分离过程变得复杂。

在本研究中，通过免疫印迹技术，研究人员在Riesling品种的蛋白提取物中检测到了与Sauvignon blanc相似的六种脱水蛋白带。这些蛋白带包括23、26、35、41、48和90 kDa，其中23 kDa的带强度最高，而26和90 kDa的带强度最低。这种模式在所有Riesling克隆与砧木组合中都得到了一致的观察结果。值得注意的是，尽管脱水蛋白的积累在某些植物中与冷硬性密切相关，但在本研究中，脱水蛋白的含量变化与冷硬性之间的关系并不显著，这表明脱水蛋白可能在冷硬性反应中起间接作用。

### 冷硬性与温度的关系

冷硬性的形成受到环境温度的强烈影响。在Riesling和Sauvignon blanc的实验中，温度变化在冷硬性评估中扮演了至关重要的角色。通过差异热分析（Differential Thermal Analysis, DTA）测量冷硬性，研究人员发现温度在预测冷硬性方面具有更高的解释力，而脱水蛋白含量的解释力相对较弱。这一发现表明，尽管脱水蛋白在冷硬性中可能有一定贡献，但它们并不是冷硬性变化的主要驱动因素。

在Riesling品种中，温度在冷硬性变化中的作用尤为显著。研究发现，温度在冷硬性变化中解释了更多的变异，而脱水蛋白含量的变化则相对较弱。此外，温度对脱水蛋白的积累也产生了影响，但其相关性并不如对冷硬性那样显著。这种差异可能是因为脱水蛋白的积累受多种因素影响，包括基因表达水平、环境条件以及生理状态的变化。例如，在Riesling中，温度对26和35 kDa的脱水蛋白带的积累具有显著影响，但这些带与冷硬性之间的关系在不同基因型之间存在差异。

在Sauvignon blanc中，研究发现温度与冷硬性之间的关系更为直接。所有脱水蛋白带与温度之间的相关性均显著，其中26、35、41和90 kDa的带与温度呈负相关，而23 kDa的带则与温度呈正相关。这一现象表明，脱水蛋白的积累在Sauvignon blanc中与温度变化之间存在更紧密的联系。然而，尽管脱水蛋白的含量变化与温度相关，它们对冷硬性的解释力仍不及温度本身。这说明温度是冷硬性变化的主要决定因素，而脱水蛋白可能只是冷硬性反应的一个辅助因子。

### 基因型对冷硬性与脱水蛋白的影响

在研究中，研究人员还探讨了不同基因型对冷硬性与脱水蛋白积累的影响。对于Riesling品种，克隆和砧木的组合对冷硬性的影响较小，仅在某些脱水蛋白带（如41 kDa）上观察到了显著的差异。这表明，在Riesling中，冷硬性主要受环境温度调控，而基因型的差异对冷硬性的影响有限。相比之下，在Sauvignon blanc中，温度对冷硬性的影响更为显著，且脱水蛋白的积累与温度之间的关系更为直接。

此外，研究还发现，冷硬性与脱水蛋白之间的关系在不同基因型之间存在差异。例如，在Riesling中，26和35 kDa的脱水蛋白带与冷硬性之间的关系在不同克隆之间表现出显著的交互作用，而90 kDa的带则在两个品种之间表现出不同的相关性。这表明，脱水蛋白的积累可能受到基因型的调控，但在冷硬性反应中，它们的作用可能不如温度直接。

### 与其他植物的比较

在其他植物中，脱水蛋白的积累与冷硬性之间的关系已经被广泛研究。例如，在玫瑰（Rosa x hybrida）、苜蓿（Medicago sativa）和苹果（Malus domestica）中，脱水蛋白的积累与冷硬性呈正相关。此外，在桃树（Prunus persica）和西伯利亚云杉（Picea obovata）中，脱水蛋白的积累也与冷硬性相关。然而，在葡萄品种中，尽管脱水蛋白的积累与冷硬性之间存在一定的联系，但这种联系并不如在其他植物中那样直接和显著。这可能与葡萄品种的遗传背景和环境适应性有关。

### 结论与意义

综上所述，本研究发现，脱水蛋白在葡萄冷硬性反应中可能起到间接作用，而环境温度是冷硬性变化的主要驱动因素。尽管脱水蛋白的积累与冷硬性之间存在一定的相关性，但这种关系并不如温度对冷硬性的影响那样显著。此外，不同基因型对脱水蛋白的积累和冷硬性的影响存在差异，这可能与葡萄品种的遗传背景和环境适应性有关。因此，未来的葡萄冷硬性研究应更加关注温度变化对冷硬性的影响，以及如何通过优化种植管理来提高葡萄在寒冷环境中的适应能力。

本研究的成果对于葡萄种植业具有重要的实践意义。通过理解冷硬性与脱水蛋白之间的关系，可以为葡萄品种的选择和栽培管理提供科学依据。例如，在寒冷地区种植葡萄时，应优先选择冷硬性较强的品种，并通过合理的温度调控措施来提高其冷硬性。此外，研究还揭示了脱水蛋白在不同基因型之间的表达差异，这为未来研究脱水蛋白在葡萄冷硬性中的具体作用提供了新的方向。进一步的研究可以结合基因组学和蛋白质组学技术，深入探讨脱水蛋白的表达调控机制及其在冷硬性中的具体作用。